JP3685923B2 - 配管破断制御弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の油圧機械に設けられ、シリンダ用ホースの破断時に負荷の落下を防止する配管破断制御弁装置（ホースラプチャバルブ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧機械、例えば油圧ショベルにおいては、アーム等の負荷を駆動するアクチュエータである油圧シリンダに圧油を輸送するホース又は鋼管が万一破損した場合でも、負荷の落下を防止できるようにしたいというニーズがあり、このようなニーズに対してホースラプチャバルブと呼ばれる配管破断制御弁装置が設けられている。従来の一般的な配管破断制御弁装置を図８に油圧回路図で示し、その断面構造を図に示す。
【０００３】
図８及び図９において、配管破断制御弁装置２００は２つの入出力ポート２０１，２０２及びタンクポート２０３を備えたハウジング２０４を有し、入出力ポート２０１は油圧シリンダ１０２のボトムポートに直接取り付けられ、入出力ポート２０２は油圧配管１０５を介してコントロールバルブ１０３のアクチュエータポートの１つに接続され、タンクポート２０３はドレン配管２０５を介してタンク１０９に接続されており、ハウジング２０４内には、外部信号である手動パイロット弁１０８からのパイロット圧によって作動するメインスプール２１１、供給用のチェックバルブ２１２、メインスプール２１１に設けられたパイロット部２１３によって制御されるポペット弁体２１４、異常圧を開放するオーバーロードリリーフバルブ２１５が設けられている。
【０００４】
このような従来の配管破断制御弁装置２００において、油圧シリンダ１０２のボトム側への圧油の供給は、コントロールバルブ１０３からの圧油を弁装置２００内の供給用のチェックバルブ２１２を介して供給することにより行われる。また、油圧シリンダ１０２のボトム側からの圧油の排出は、弁装置２００のメインスプール２１１を外部信号であるパイロット圧によって作動させ、まずこのメインスプール２１１に設けられたパイロット部２１３によって制御されるポペット弁体２１４を開放状態とし、更にメインスプール２１１に設けられた可変絞り部２１１ａを開口し、圧油の流量をコントロールしながらタンク１０９に排出することによって行われる。
【０００５】
ポペット弁体２１４は、メインスプール２１１と直列に設けられ、油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧を保持する状態で、リーク量を減少させる機能（ロードチェック機能）を有している。
【０００６】
オーバーロードリリーフバルブ２１５は、過大な外力が油圧シリンダ１０２に作用し、そのボトム側に供給する圧油が高圧となった場合に圧油を排出して配管の破損を防止するものである。
【０００７】
また、コントロールバルブ１０３から入出力ポート２０２に至る油圧配管１０５が、万一、破損した場合、チェックバルブ２１２及びポペット弁体２１４は閉じ、油圧シリンダ１０２が支える負荷の落下が防止される。このとき、手動パイロット弁１０８からのパイロット圧によりメインスプール２１１を操作し、可変絞り部２１１ａの開口面積を調整することにより、負荷の自重でゆっくりと油圧シリンダ１０２を縮め、負荷を安全な位置に移動することができる。
【０００８】
１０７ａ，１０７ｂは回路内の最大圧力を制限するメインリリーフバルブである。
【０００９】
また、特開平３−２４９４１１号公報には比例シート弁を利用して弁装置全体の小型化を図った配管破断制御弁装置が開示されている。図１０にその配管破断制御装置を示す。
【００１０】
図１０において、配管破断制御弁装置３００は入口ポート３２０、ワークポート３２１、タンクポート３２２を備えたハウジング３２３を有し、入口ポート３２０はコントロールバルブ１０３のアクチュエータポートの１つに接続され、ワークポート３２１は油圧シリンダ１０２のボトムポートに接続され、タンクポート３２２はドレン配管２０５を介してタンク１０９に接続されており、ハウジング３２３内には、供給用のチェックバルブ３２４、比例シート弁３２５、オーバーロードリリーフバルブ３２６、パイロット弁３４０が設けられている。パイロット弁３４０は外部信号である手動パイロット弁１０８（図８参照）からのパイロット圧によって作動し、このパイロット弁３４０の作動により比例シート弁３２５が作動する。オーバーロードリリーフバルブ３２６は比例シート弁３２５に組み込まれている。
【００１１】
油圧シリンダ１０２のボトム側への圧油の供給は、コントロールバルブ１０３からの圧油を弁装置３００内の供給用のチェックバルブ３２４を介して供給することにより行われる。また、油圧シリンダ１０２のボトム側からの圧油の排出は、弁装置３００のパイロット弁３４０を外部信号であるパイロット圧によって作動させ、比例シート弁３２５を開弁し、圧油の流量をコントロールしながらタンク１０９に排出することによって行われる。また、比例シート弁３２５は、油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧を保持する状態で、リーク量を減少させる機能（ロードチェック機能）を有している。
【００１２】
オーバーロードリリーフバルブ３２６は、過大な外力が油圧シリンダ１０２に作用し、そのボトム側に供給する圧油が高圧となった場合に比例シート弁３２５を開弁し、圧油を排出して配管の破損を防止する。
【００１３】
また、コントロールバルブ１０３から入口ポート３２０に至る配管１０５が、万一、破損した場合、チェックバルブ３２４及び比例シート弁３２５は閉じ、油圧シリンダ１０２が支える負荷の落下が防止される。このとき、パイロット圧によりパイロット弁３４０のスプール３４１を操作し、比例シート弁３２５の開口面積を調整することにより、負荷の自重でゆっくりと油圧シリンダ１０２を縮め、負荷を安全な位置に移動することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図８及び図９に示す従来の配管破断制御弁装置では、供給用のチェックバルブ２１２、メインスプール２１１、メインスプール２１１に設けられたパイロット部２１３によって制御されるポペット弁体２１４、及びオーバーロードリリーフバルブ２１５の各部品が、それぞれの機能に対応して個別に設けられている。このため、これら部品を限られた大きさのハウジング２０４内に収めるためには、各部品の大きさが制限される。また、製造コストの低減も困難であった。
【００１５】
一方、メインスプール２１１には、油圧シリンダ１０２から排出される圧油の全油量が通過するため、大径のスプール弁体とする必要がある。また、メインスプール２１１とポペット弁体２１４は直列に設けられており、このため、大油量がこれらの２つの弁要素を通過することとなる。したがって、これら部品を限られた大きさのハウジング２０４内に収めると、各部品の大きさが小さくなって、十分な流路が確保されず、圧力損失の上昇を招く場合があった。また、直列に設けられたメインスプール２１１とポペット弁体２１４の２つを大油量が通過する構成であり、このことによっても圧力損失が不可避であった。
【００１６】
ここで、配管破断制御弁装置はブームシリンダのボトム側やアームシリンダのロッド側に装着され、ブームシリンダやアームシリンダが取り付けられるブームやアームは上下方向に回動操作される作業部材である。このため、ハウジング２０４を圧損を考慮した大きさとすると、ブームやアームの作動中に岩石等の障害物に当たって破損する恐れが増大し、適切な設計が困難であった。
【００１７】
また、オーバーロードリリーフバルブ２１５にも油圧シリンダ１０２から排出される圧油の全油量が通過するため、オーバーロードリリーフバルブ２１５もある程度の大きさが必要であるばかりでなく、タンクポート２０３につながるドレン配管２０５の内径もある程度の大きさが必要となり、製造コストがアップしかつドレン配管のコンパクトな引き回しが困難であった。
【００１８】
また、配管破断制御弁装置をブームシリンダに用いた場合の簡略化した構成図を図１１に示す。図中、１０２ａ，１０２ｂが２本のブームシリンダであり、ブームシリンダ１０２ａ，１０２ｂのロッド先端はピン２３０ａ，２３０ｂを介して、負荷２３１を支えるブーム２３２の両側部に回動可能に連結されている。ブームシリンダ１０２ａ，１０２ｂのボトム側にはそれぞれ上記の配管破断制御弁装置２００ａ，２００ｂが装着されている。このような使用状況において、弁装置２００ａ，２００ｂのメインスプール２１１の開弁作動時、両者の加工上のばらつきによりメータリング特性に差があると、ピン２３０ａ，２３０ｂに作用する駆動力の違いによりピン２３０ａ，２３０ｂに曲げ荷重が生じ、破損の原因となる。このため弁装置２００ａ，２００ｂのメインスプール２１１のメータリング特性を可能な限り同じにする必要がある。
【００１９】
図１０に示した特開平３−２４９４１１号公報に記載の配管破断制御弁装置では、パイロット弁３４０で制御される比例シート弁３２５にオーバーロードリリーフバルブ３２６を組み込むことにより、比例シート弁３２５に上記従来技術のメインスプール２１１の機能の他、ポペット弁体２１４及びオーバーロードリリーフバルブ２１５の機能を持たせている。このため、上記従来技術に比べ部品点数が減り、圧損を低減しつつある程度の小型化が達成される。しかし、この従来技術でも、供給用のチェックバルブ３２４は依然として必須の部品であり、弁装置の小型化及び製造コストの低減のため更なる改善が望まれている。
【００２０】
また、オーバーロードリリーフバルブ３２６を比例シート弁３２５に組み込み、比例シート弁３２５にオーバーロードリリーフ機能を持たせているが、油圧シリンダ１０２から排出される圧油の全油量がタンクポート３２２を通過し、ドレン配管２０５を介してタンク１０９に戻される点は図８及び図９の従来技術と同じであり、ドレン配管２０５のサイズとしてある程度の直径が必要であり、ドレン配管のコンパクトな引き回しが困難であった。
【００２１】
更に、配管破断制御弁装置を図１１に示したようにブームシリンダに用いた場合には、ピン２３０ａ，２３０ｂに曲げ荷重が作用するのを避けるため、左右の弁装置の比例シート弁３２５及びパイロット弁３４０のメータリング特性を一致させる必要がある点も図８及び図９の従来技術と同じであり、特に図１０に示す弁装置では比例シート弁３２５及びパイロット弁３４０の両方の加工上のばらつきを考慮してメータリング特性を一致させる必要があり、その調整が極めて困難である。
【００２２】
本発明の第１の目的は、配管破断制御弁装置として必要な最低限の諸機能を果たしつつ圧力損失を低減しかつ弁装置全体の小型化及び製造コストの低減を可能とする配管破断制御弁装置を提供することである。
【００２３】
本発明の第２の目的は、オーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管を不要とし、弁装置の一層の低コスト化及び弁装置回りの配管の引き回しの簡素化を可能とする配管破断制御弁装置を提供することである。
【００２４】
本発明の第３の目的は、ブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配列する場合であっても、２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できる配管破断制御弁装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧シリンダの給排ポートと油圧配管の間に設けられ、外部信号に応じて前記給排ポートから前記油圧配管に流出する圧油の流量を制御する配管破断制御弁装置において、前記給排ポートに接続されるシリンダ接続室、前記油圧配管に接続される配管接続室、及び背圧室を設けたハウジングに摺動自在に配置され、前記シリンダ接続室と前記配管接続室との間を遮断及び連通可能でありかつ移動量に応じて開口面積を変化させる主弁としてのポペット弁体と、前記背圧室と配管接続室との間を接続するパイロット通路に設けられ、前記外部信号で作動し、移動量に応じて前記パイロット通路を流れるパイロット流量を遮断及び制御するパイロット弁としてのスプール弁体と、前記シリンダ接続室の圧力が設定圧力以上になると、前記背圧室をタンクにつなげる連通手段とを備え、前記ポペット弁体に、このポペット弁体の遮断位置で初期開口面積を有し、ポペット弁体の移動量に応じて開口面積を増大させ、前記シリンダ接続室から前記背圧室へ流出する前記パイロット流量の通過流量を制御する可変絞り通路を設け、前記連通手段が、前記スプール弁体と並列に設けられたリリーフバルブと、このリリーフバルブの下流側に設けられた圧力発生手段と、この圧力発生手段で発生した圧力を前記スプール弁体に前記外部信号と同じ側の駆動力として作用させる手段とを有するものとする。
【００２６】
油圧シリンダのボトム側への圧油供給時は、可変絞り通路が初期開口面積を有することから、配管接続室の圧力が上昇し負荷圧より高くなると、ポペット弁体は開弁し、油圧シリンダのボトム側に圧油が供給可能となる（従来の供給側のチェックバルブ機能）。
【００２７】
油圧シリンダのボトム側から圧油を排出する場合は、スプール弁体が外部信号で作動し、パイロット弁体の移動量に応じたパイロット流量が流れると、パイロット流量に応じてポペット弁体が開弁しかつその移動量が制御され、油圧シリンダのボトム側の圧油の大部分はポペット弁体を通過し、残りが可変絞り通路、背圧室、スプール弁体を通過し、それぞれタンクに排出される（従来のメインスプール機能）。
【００２８】
油圧シリンダのボトム側の負荷圧を保持する場合は、ポペット弁体が遮断位置にあり、このポペット弁体が負荷圧を保持し、リーク量を減少させる（ロードチェック機能）。
【００２９】
以上のように従来の供給側のチェックバルブ機能、メインスプール機能及びロードチェック機能を果たせるとともに、大流量が流れる流路に配置される部品はポペット弁体だけであり、圧力損失を低減しかつ弁装置全体の小型化及び製造コストの低減が図れる。
【００３１】
また、上記のように連通手段を設けることにより、過大な外力が油圧シリンダに作用した場合は、シリンダ接続室の圧力が上昇し、連通手段は背圧室をタンクにつなげるため、背圧室の圧力が下がり、ポペット弁体が開弁し、これにより外力により生じた高圧の圧油をもともとアクチュエータラインにあるメインのオーバーロードリリーフバルブによりタンクヘ排出する。
【００３２】
このようにオーバーロードリリーフバルブの機能が果たせるとともに、連通手段を通過する圧油は小流量となるから、連通手段を小型化できる。しかも、連通手段からタンクに開放される圧油は従来あったドレンラインと同等のドレンラインを介して行えるため、弁装置としてはオーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管は不要となり、弁装置回りの配管の引き回しを簡素化できる。
【００３５】
また、上記のように連通手段をリリーフバルブ等で構成することにより、油圧シリンダに過大な外力が作用し、背圧室の圧力が上昇すると、リリーフバルブが開き、圧力発生手段により発生した圧力がスプール弁体を作動させ、このスプール弁体の作動でパイロット流量が流れ、ポペット弁体を開弁する。これにより上記で述べたようにメインのオーバーロードリリーフバルブによって油圧シリンダの圧油をタンクヘ開放できる。また、リリーフバルブには小流量の圧油が流れるだけでよいので、部品の小型化が図れ、弁装置全体も一層小型化できる。
【００３６】
（２）更に、上記（１）において、好ましくは、前記ポペット弁体は、前記パイロット流量が所定の流量以下では遮断位置を維持する不感帯を有している。
【００３７】
これによりブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配置する場合であっても、ポペット弁体の不感帯でスプール弁体のメータリング特性を調整することにより２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できる。
【００３８】
（３）また、請求項（１）において、好ましくは、前記スプール弁体に前記外部信号に対する移動量を変更可能とする調整手段を設ける。
【００３９】
これによりスプール弁体のメータリング特性の精度を更に向上できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例を図面を用いて説明する。
【００４１】
図１は本発明の参考例による配管破断制御弁装置を油圧回路で示す図であり、図２及び図３はその配管破断制御弁装置の構造を示す断面図である。
【００４２】
図１において、１００は本参考例の配管破断制御弁装置であり、この弁装置１００が備えられる油圧駆動装置は、油圧ポンプ１０１と、この油圧ポンプ１０１から吐出された圧油により駆動される油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）１０２と、油圧ポンプ１０１から油圧シリンダ１０２に供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ１０３と、コントロールバルブ１０３から延びる油圧配管であるアクチュエータライン１０５，１０６に接続され、回路内の最大圧力を制限するメインのオーバーロードリリーフバルブ１０７ａ，１０７ｂと、手動パイロット弁１０８と、タンク１０９とを有している。
【００４３】
配管破断制御弁装置１００は、図１及び図２に示すように、２つの入出力ポート１，２を備えたハウジング３を有し、入出力ポート１は油圧シリンダ１０２のボトムポートに直接取り付けられ、入出力ポート２はアクチュエータライン１０５を介してコントロールバルブ１０３のアクチュエータポートの１つに接続されている。ハウジング３内には、主弁としてのポペット弁体５と、外部信号である手動パイロット弁１０８からのパイロット圧によって作動しポペット弁体５を作動させるパイロット弁としてのスプール弁体６と、オーバーロードリリーフバルブの機能を有する連通手段である小スプール７とが設けられている。
【００４４】
また、ハウジング３には、入出力ポート１に接続されるシリンダ接続室８、アクチュエータライン１０５の油圧配管に接続される配管接続室９、背圧室１０が設けられ、主弁としてのポペット弁体５は背圧室１０の圧力を背面で受け、シリンダ接続室８と配管接続室９との間を遮断及び連通しかつ移動量に応じて開口面積を変化させるようハウジング３内に摺動自在に配置されている。ポペット弁体５には、ポペット弁体５の移動量に応じて開口面積を増大させ、その開口面積に応じてシリンダ接続室８から背圧室１０へ流出するパイロット流量の通過量を制御する可変絞り通路となるスリット１１が設けられている。背圧室１０はプラグ１２により閉じられ（図２参照）、背圧室１０内にはポペット弁体５を図示の遮断位置に保持するバネ１３が配設されている。
【００４５】
また、ハウジング３には背圧室１０と配管接続室９との間を接続するパイロット通路１５ａ，１５ｂが設けられ、パイロット弁としてのスプール弁体６はこのパイロット通路１５ａ，１５ｂ間に設けられている。スプール弁体６はパイロット通路１５ａ，１５ｂを連通可能なパイロット可変絞り６ａを有し、スプール弁体６の閉弁方向作動端部にはパイロット可変絞り６ａの初期開弁力を設定するバネ１６が設けられ、スプール弁体６の開弁方向作動端部には上記外部信号であるパイロット圧が導かれる受圧室１７が設けられ、この受圧室１７に導かれるパイロット圧（外部信号）による制御力とバネ１６の付勢力とによってスプール弁体６の移動量が決定され、この移動量に応じてパイロット通路１５ａ，１５ｂを流れる上記のパイロット流量を遮断及び制御する。バネ１６はバネ受け１８で支えられ、このバネ受け１８にはバネ１６の初期設定力（パイロット可変絞り６ａの初期開弁力）を調整可能とするネジ部１９が設けられている。バネ１６が配置されるバネ室２０はスプール弁体６の動きをスムーズにするためドレンライン２１を介してタンクに接続されている。
【００４６】
オーバーロードリリーフバルブの機能を有する連通手段である小スプール７は、図３に示すように、パイロット通路１５ｃとドレン通路１５ｄ間の連通を開閉する構成であり、パイロット通路１５ｃは上記パイロット通路１５ａにつながり、ドレン通路１５ｄは上記ドレンライン２１につながっている。小スプール７の閉弁方向作動端部にはリリーフ圧を設定するバネ３０が設けられ、小スプール７の開弁方向作動端部にはパイロット通路１５ｅを介してパイロット通路１５ｃの圧力が導かれる受圧室３１が形成され、パイロット通路１５ｃの圧力がバネ３０で設定される圧力以上になるとパイロット通路１５ｃをタンクにつなげる。
【００４７】
ここで、ポペット弁体５の移動量（ストローク）に対するポペット弁体５の開口面積及びスリット１１の開口面積の関係、及び外部信号（パイロット圧）に対するスプール弁体６の通過流量（パイロット流量）及びポペット弁体５の通過流量（メインの流量）との関係を説明する。
【００４８】
図４はポペット弁体５の移動量（ストローク）に対するポペット弁体５の開口面積及びスリット１１の開口面積の関係を示す図である。ポペット弁体５が遮断位置にあるとき、スリット１１は所定の初期開口面積Ａ0を有しており、ポペット弁体５が遮断位置から開き始め、移動量が増大するにしたがってポペット弁体５及びスリット１１の開口面積は比例的に増大する。スリット１１が初期開口面積Ａ0を有することにより、ポペット弁体５が従来の供給用のチェックバルブの機能を果たし、更に小スプール７と協働して従来のオーバーロードリリーフバルブの機能を果たすことが可能となる（後述）。
【００４９】
図５は外部信号（パイロット圧）に対するスプール弁体６の通過流量（パイロット流量）及びポペット弁体５の通過流量（メインの流量）との関係を示す図である。パイロット圧が０からＰ1までの範囲はスプール弁体６の不感帯であり、この間はパイロット圧が上昇してもスプール弁体６はバネ１６の初期設定力で停止しているか、移動したとしても開弁するまでのオーバラップ領域でパイロット可変絞り６ａは遮断状態にある。パイロット圧がＰ1に達するとスプール弁体６のパイロット可変絞り６ａは開き始め、パイロット圧がＰ1を越えて上昇するにしたがってパイロット可変絞り６ａの開口面積が増大し、これに応じてスプール弁体６の通過流量、即ちパイロット流量も増大する。パイロット圧がＰ2（＞Ｐ1）までの範囲はポペット弁体５の不感帯Ｘであり、この間はパイロット流量が生じてもスリット１１により背圧室１０の圧力低下が不十分であり、ポペット弁体５はバネ１３の初期設定力により遮断位置に保たれている。パイロット圧がＰ2に達するとポペット弁体５は開き始め、パイロット圧がＰ2を越えて上昇するにしたがってポペット弁体５の開口面積が増大し、これに応じてポペット弁体５の通過流量、即ちメインの流量も増大する。パイロット圧Ｐ2の値はパイロット圧Ｐ1の値で調整でき、パイロット圧Ｐ1の値はスプール弁体６のネジ部１９を操作しバネ１６の強さ（初期設定力）を調節することで調整できる。
【００５０】
このようにポペット弁体５に不感帯Ｘを設けることにより、パイロット圧Ｐ2以下の微少域での流量制御はスプール弁体６のみで行われることとなり、当該領域での開口特性を精度良く調整できる。また、スプール弁体６のバネ１６を調節可能としパイロット圧Ｐ2の位置を調整可能とすることにより、更に精度を向上させることができる。
【００５１】
次に、以上のように構成した配管破断制御弁装置１００の動作を説明する。
【００５２】
１）油圧シリンダ１０２のボトム側への圧油供給時手動パイロット弁１０８の操作レバーを図示Ａ方向に操作し、コントロールバルブ１０３を図示右側の位置に切り換えると、油圧ポンプ１０１の圧油がコントロールバルブ１０３を介して弁装置１００の配管接続室９に供給され、この配管接続室９の圧力が上昇する。このとき、弁装置１００のシリンダ接続室８の圧力は油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧になっており、スリット１１が上記のように初期開口面積Ａ0を有することから、背圧室１０の圧力も当該負荷圧になっており、このため配管接続室９の圧力が負荷圧より低い間はポペット弁体５は遮断位置に保たれるが、配管接続室９の圧力が負荷圧より高くなると、直ちにポペット弁体５は図示上方へ移動し、シリンダ接続室８に圧油が流入可能となり、油圧ポンプ１０１の圧油は油圧シリンダ１０２のボトム側に供給される。なお、ポペット弁体５が上方へ移動する間、背圧室１０の圧油はスリット１１を通ってシリンダ接続室８に移動し、ポペット弁体５の開弁はスムーズに行われる。油圧シリンダ１０２のロッド側からの圧油はコントロールバルブ１０３を介してタンク１０９に排出される。
【００５３】
２）油圧シリンダ１０２のボトム側から圧油をコントロールバルブ１０３ヘ排出する場合手動パイロット弁１０８の操作レバーを図示Ｂ方向に操作し、コントロールバルブ１０３を図示左側の位置に切り換えると、油圧ポンプ１０１の圧油がコントロールバルブ１０３を介して油圧シリンダ１０２のロッド側に供給される。これと同時に、手動パイロット弁１０８からのパイロット圧がスプール弁体６の受圧室１７に導かれ、パイロット圧によりスプール弁体６が移動し、スプール弁体６のパイロット可変絞り６ａがその移動量に見合った開口面積となる。このため、上記のようにパイロット通路１５ａ，１５ｂに当該パイロット圧に応じたパイロット流量が流れ、このパイロット流量に応じてポペット弁体５が開弁しかつその移動量が制御される。このため、油圧シリンダ１０２のボトム側の圧油の大部分は弁装置１００のシリンダ接続室８からポペット弁体５を通過し、残りがスリット１１、背圧室１０、パイロット通路１５ａ、スプール弁体６、パイロット通路１５ｂを通過し、それぞれポペット弁体５とスプール弁体６で流量制御されながらコントロールバルブ１０３へと排出され、更にタンク１０９に排出される。このようにアクチュエータ１０３からコントロールバルブ１０３へと排出される圧油の流量を制御できる。
【００５４】
３）油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧の保持
コントロールバルブ１０３の中立位置で吊り荷を保持する場合のように、油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧が高圧となる状態では、遮断位置にあるポペット弁体５が従来のロードチェック弁と同様に負荷圧を保持し、リーク量を減少させる機能（ロードチェック機能）を果たす。
【００５５】
４）過大な外力が油圧シリンダ１０２に作用した場合油圧シリンダ１０２に過大な外力が作用し、シリンダ接続室８が高圧になると、スリット１１、背圧室１０、パイロット通路１５ａ，１５ｅを介して小スプール７の受圧室２０ｂに導かれる圧油により小スプール７が移動し、背圧室１０の圧油をタンク１０９へ開放するため、背圧室１０の圧力が下がり、ポペット弁体５は図示上方に移動する。これにより入出力ポート１と入出力ポート２は同圧となるため、外力により生じた高圧の圧油をアクチュエータライン１０５に接続されたオーバーロードリリーフバルブ１０７ａによりタンク１０９ヘと排出し、機器の破損を防止する。このとき、小スプール７を通過する圧油は小流量であるので、従来のオーバーロードリリーフバルブと同等の機能を小型の小スプール７で実現することができる。
【００５６】
５）ブームシリンダに用いる場合のように弁装置１００を並列に配置する場合本発明の弁装置１００では、スプール弁体６とポペット弁体５の２つの弁体が作動するため、弁装置１００毎に部品の加工上のばらつきによるメータリング特性の誤差が発生し易い。特に、２つの弁装置１００が並列に用いられるブームシリンダの使用例では、図１１を用いて説明したように加工精度を大幅に改善しないと、左右の弁装置１００のメータリング特性の不一致から生ずる推力の違いによりピン２３０ａ，２３０ｂに曲げ荷重が生じ、破損の原因となる。そこで、本参考例では、図５を用いて説明したように、ポペット弁体５に不感帯Ｘを設けている。このため、パイロット圧Ｐ2以下の微少操作領域ではポペット弁体５は移動せず、その間の流量制御はスプール弁体６のみで行われることとなり、左右の弁装置１００におけるスプール弁体６及びポペット弁体５の加工上の精度のばらつきによるメータリング特性の違いに起因する流量差を最小限に止めることができる。また、スプール弁体６のメータリング特性はスプール弁体６に設けられたばね１６を調節することにより調整可能であり、スプール弁体６のみの流量制御によるメータリング特性の精度を更に向上させることができる。
【００５７】
以上のように本参考例によれば、油圧シリンダ１０２に給排される圧油の全油量が通過する流路にポペット弁体５を設けるだけで、従来の配管破断制御弁装置の供給用のチェックバルブ、ロードチェックバルブ、オーバーロードリリーフバルブの機能を果たせるので、圧力損失の少ない弁装置が構成でき、エネルギ損失の少ない効率の良い運転が可能となる。また、弁装置１００は従来の配管破断制御弁装置に比較して小型化されるため、作業上での破損の機会が減少し、設計上の自由度も増す。更に、部品点数が少ないため故障の頻度が低減し、信頼性を向上できるとともに、低コストで製造できる。
【００５８】
また、過大な外力により生じた高圧の圧油をポペット弁体５を開弁してメインのオーバーロードリリーフバルブ１０７ａによってタンクヘと開放できるため、小スプール７を通過する圧油は小流量となるから、従来のオーバーロードリリーフバルブと同等の機能を小型の小スプール７で実現することができる。しかも、小スプール７からタンクに開放される圧油は従来あったドレンラインと同等のドレンライン２１を介してなされるため、弁装置１００のオーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管は不要となり、弁装置１００回りの配管の引き回しを簡素化できる。
【００５９】
更に、ブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配置する場合であっても、ポペット弁体５の不感帯Ｘでスプール弁体６のみを動作させるので、２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できるとともに、スプール弁体６に設けられたばね１６の調節でメータリング特性の精度を更に向上させることができる。
【００６０】
本発明の実施形態を図６及び図７を用いて説明する。図中、図１〜図３に示す部材と同等のものには同じ符号を付している。
【００６１】
図６及び図７において、本実施形態の配管破断制御弁装置１００Ａは、図１に示す小スプール７に代え小リリーフバルブ７Ａを有し、小リリーフバルブ７Ａのドレン通路１５ｄに圧力発生手段である絞り３４が設けられている。また、スプール弁体６Ａは、パイロット圧（外部信号）が導かれる受圧室１７に加え、スプール弁体６Ａの受圧室１７と同じ側にこれと直列にもう１つの受圧室３５を有し、この受圧室３５に絞り３４の上流側を信号通路３６を介して接続し、絞り３４で発生した圧力をスプール弁体６Ａに外部信号であるパイロット圧と同じ側の駆動力として作用させる構成となっている。
【００６２】
油圧シリンダ１０２に過大な外力が作用し、背圧室１０の圧力が上昇すると、小リリーフバルブ７Ａが開き、絞り３４のあるパイロット通路１５ｄに圧油が流れ込む。この結果、信号通路３６の圧力が上昇し、スプール弁体６Ａを移動してパイロット可変絞り６ａを開き、パイロット通路１５ａ，１５ｂにパイロット流量が流れる。これによりポペット弁体５も開弁し、参考例と同様にメインのオーバーロードリリーフバルブ１０７ａによって油圧シリンダ１０２の圧油をタンクヘ開放できる。
【００６３】
このように構成した本実施形態では、小リリーフバルブ７Ａには図１の参考例の小スプール７よりも更に小流量の圧油が流れるだけでそれと同一の機能が実現可能となり、部品の小型化が図れ、弁装置全体も一層小型化できる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧シリンダに給排される圧油の全油量が通過する流路にポペット弁体を設けるだけで、配管破断制御弁装置の必要な諸機能を果たせるので、圧力損失の少ない弁装置が構成でき、エネルギ損失の少ない効率の良い運転が可能となる。また、従来の配管破断制御弁装置に比較して小型化されるため、作業上での破損の機会が減少し、設計上の自由度も増し、更に部品点数が少ないため故障の頻度が低減し、信頼性を向上できるとともに、低コストで製造できる。
【００６５】
また、本発明によれば、過大な外力により生じた高圧の圧油をポペット弁体を開弁してメインのオーバーロードリリーフバルブによってタンクヘと開放できるため、弁装置にはオーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管は不要となり、弁装置回りの配管の引き回しを簡素化できる。
【００６６】
また、本発明によれば、配管破断制御弁装置のリリーフバルブには小流量の圧油が流れるだけでポペット弁を開弁させ上記オーバーロードリリーフバルブによる高圧の開放が可能となるため、部品の小型化が図れ、弁装置全体を一層小型化できる。
【００６７】
更に、本発明によれば、ブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配置する場合であっても、ポペット弁体の不感帯でスプール弁体のみを動作させ２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できる。
【００６８】
また、本発明によれば、スプール弁体に設けられたばねの調節でメータリング特性の精度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例による配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図２】図１に示す配管破断制御弁装置のポペット弁体とスプール弁体部分の構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す配管破断制御弁装置の小スプール部分の構造を示す断面図である。
【図４】ポペット弁体の移動量（ストローク）に対するポペット弁体の開口面積及びスリットの開口面積の関係を示す図である。
【図５】外部信号（パイロット圧）に対するスプール弁体の通過流量（パイロット流量）及びポペット弁体の通過流量（メインの流量）との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図７】図６に示す配管破断制御弁装置の小リリーフバルブ部分の構造を示す断面図である。
【図８】従来の配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図９】図８に示す従来の配管破断制御弁装置の主要部の構造を示す断面図である。
【図１０】従来の他の配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図１１】配管破断制御弁装置をブームシリンダに用いた場合の構成を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
１，２ 入出力ポート
３ ハウジング
５ ポペット弁体
６ スプール弁体
６Ａ スプール弁体
７ 小スプール
７Ａ 小リリーフバルブ
８ シリンダ接続室
９ 配管接続室
１０ 背圧室
１１ スリット
１２ プラグ
１３ バネ
１５ａ〜１５ｃ パイロット通路
１５ｄ ドレン通路
１５ｅ パイロット通路
１６ バネ
１７ 受圧室
１９ネジ部
２１ ドレンライン
３０ バネ
３１ 受圧室
３４ 絞り
３５ 受圧室
３６ 信号通路
１００ 配管破断制御弁装置
１０１ 油圧ポンプ
１０２ 油圧シリンダ
１０３ コントロールバルブ
１０５ アクチュエータライン（油圧配管）
１０６ アクチュエータライン
１０７ａ，１０７ｂ オーバーロードリリーフバルブ
１０８ 手動パイロット弁
１０９ タンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の油圧機械に設けられ、シリンダ用ホースの破断時に負荷の落下を防止する配管破断制御弁装置（ホースラプチャバルブ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧機械、例えば油圧ショベルにおいては、アーム等の負荷を駆動するアクチュエータである油圧シリンダに圧油を輸送するホース又は鋼管が万一破損した場合でも、負荷の落下を防止できるようにしたいというニーズがあり、このようなニーズに対してホースラプチャバルブと呼ばれる配管破断制御弁装置が設けられている。従来の一般的な配管破断制御弁装置を図８に油圧回路図で示し、その断面構造を図に示す。
【０００３】
図８及び図９において、配管破断制御弁装置２００は２つの入出力ポート２０１，２０２及びタンクポート２０３を備えたハウジング２０４を有し、入出力ポート２０１は油圧シリンダ１０２のボトムポートに直接取り付けられ、入出力ポート２０２は油圧配管１０５を介してコントロールバルブ１０３のアクチュエータポートの１つに接続され、タンクポート２０３はドレン配管２０５を介してタンク１０９に接続されており、ハウジング２０４内には、外部信号である手動パイロット弁１０８からのパイロット圧によって作動するメインスプール２１１、供給用のチェックバルブ２１２、メインスプール２１１に設けられたパイロット部２１３によって制御されるポペット弁体２１４、異常圧を開放するオーバーロードリリーフバルブ２１５が設けられている。
【０００４】
このような従来の配管破断制御弁装置２００において、油圧シリンダ１０２のボトム側への圧油の供給は、コントロールバルブ１０３からの圧油を弁装置２００内の供給用のチェックバルブ２１２を介して供給することにより行われる。また、油圧シリンダ１０２のボトム側からの圧油の排出は、弁装置２００のメインスプール２１１を外部信号であるパイロット圧によって作動させ、まずこのメインスプール２１１に設けられたパイロット部２１３によって制御されるポペット弁体２１４を開放状態とし、更にメインスプール２１１に設けられた可変絞り部２１１ａを開口し、圧油の流量をコントロールしながらタンク１０９に排出することによって行われる。
【０００５】
ポペット弁体２１４は、メインスプール２１１と直列に設けられ、油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧を保持する状態で、リーク量を減少させる機能（ロードチェック機能）を有している。
【０００６】
オーバーロードリリーフバルブ２１５は、過大な外力が油圧シリンダ１０２に作用し、そのボトム側に供給する圧油が高圧となった場合に圧油を排出して配管の破損を防止するものである。
【０００７】
また、コントロールバルブ１０３から入出力ポート２０２に至る油圧配管１０５が、万一、破損した場合、チェックバルブ２１２及びポペット弁体２１４は閉じ、油圧シリンダ１０２が支える負荷の落下が防止される。このとき、手動パイロット弁１０８からのパイロット圧によりメインスプール２１１を操作し、可変絞り部２１１ａの開口面積を調整することにより、負荷の自重でゆっくりと油圧シリンダ１０２を縮め、負荷を安全な位置に移動することができる。
【０００８】
１０７ａ，１０７ｂは回路内の最大圧力を制限するメインリリーフバルブである。
【０００９】
また、特開平３−２４９４１１号公報には比例シート弁を利用して弁装置全体の小型化を図った配管破断制御弁装置が開示されている。図１０にその配管破断制御装置を示す。
【００１０】
図１０において、配管破断制御弁装置３００は入口ポート３２０、ワークポート３２１、タンクポート３２２を備えたハウジング３２３を有し、入口ポート３２０はコントロールバルブ１０３のアクチュエータポートの１つに接続され、ワークポート３２１は油圧シリンダ１０２のボトムポートに接続され、タンクポート３２２はドレン配管２０５を介してタンク１０９に接続されており、ハウジング３２３内には、供給用のチェックバルブ３２４、比例シート弁３２５、オーバーロードリリーフバルブ３２６、パイロット弁３４０が設けられている。パイロット弁３４０は外部信号である手動パイロット弁１０８（図８参照）からのパイロット圧によって作動し、このパイロット弁３４０の作動により比例シート弁３２５が作動する。オーバーロードリリーフバルブ３２６は比例シート弁３２５に組み込まれている。
【００１１】
油圧シリンダ１０２のボトム側への圧油の供給は、コントロールバルブ１０３からの圧油を弁装置３００内の供給用のチェックバルブ３２４を介して供給することにより行われる。また、油圧シリンダ１０２のボトム側からの圧油の排出は、弁装置３００のパイロット弁３４０を外部信号であるパイロット圧によって作動させ、比例シート弁３２５を開弁し、圧油の流量をコントロールしながらタンク１０９に排出することによって行われる。また、比例シート弁３２５は、油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧を保持する状態で、リーク量を減少させる機能（ロードチェック機能）を有している。
【００１２】
オーバーロードリリーフバルブ３２６は、過大な外力が油圧シリンダ１０２に作用し、そのボトム側に供給する圧油が高圧となった場合に比例シート弁３２５を開弁し、圧油を排出して配管の破損を防止する。
【００１３】
また、コントロールバルブ１０３から入口ポート３２０に至る配管１０５が、万一、破損した場合、チェックバルブ３２４及び比例シート弁３２５は閉じ、油圧シリンダ１０２が支える負荷の落下が防止される。このとき、パイロット圧によりパイロット弁３４０のスプール３４１を操作し、比例シート弁３２５の開口面積を調整することにより、負荷の自重でゆっくりと油圧シリンダ１０２を縮め、負荷を安全な位置に移動することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図８及び図９に示す従来の配管破断制御弁装置では、供給用のチェックバルブ２１２、メインスプール２１１、メインスプール２１１に設けられたパイロット部２１３によって制御されるポペット弁体２１４、及びオーバーロードリリーフバルブ２１５の各部品が、それぞれの機能に対応して個別に設けられている。このため、これら部品を限られた大きさのハウジング２０４内に収めるためには、各部品の大きさが制限される。また、製造コストの低減も困難であった。
【００１５】
一方、メインスプール２１１には、油圧シリンダ１０２から排出される圧油の全油量が通過するため、大径のスプール弁体とする必要がある。また、メインスプール２１１とポペット弁体２１４は直列に設けられており、このため、大油量がこれらの２つの弁要素を通過することとなる。したがって、これら部品を限られた大きさのハウジング２０４内に収めると、各部品の大きさが小さくなって、十分な流路が確保されず、圧力損失の上昇を招く場合があった。また、直列に設けられたメインスプール２１１とポペット弁体２１４の２つを大油量が通過する構成であり、このことによっても圧力損失が不可避であった。
【００１６】
ここで、配管破断制御弁装置はブームシリンダのボトム側やアームシリンダのロッド側に装着され、ブームシリンダやアームシリンダが取り付けられるブームやアームは上下方向に回動操作される作業部材である。このため、ハウジング２０４を圧損を考慮した大きさとすると、ブームやアームの作動中に岩石等の障害物に当たって破損する恐れが増大し、適切な設計が困難であった。
【００１７】
また、オーバーロードリリーフバルブ２１５にも油圧シリンダ１０２から排出される圧油の全油量が通過するため、オーバーロードリリーフバルブ２１５もある程度の大きさが必要であるばかりでなく、タンクポート２０３につながるドレン配管２０５の内径もある程度の大きさが必要となり、製造コストがアップしかつドレン配管のコンパクトな引き回しが困難であった。
【００１８】
また、配管破断制御弁装置をブームシリンダに用いた場合の簡略化した構成図を図１１に示す。図中、１０２ａ，１０２ｂが２本のブームシリンダであり、ブームシリンダ１０２ａ，１０２ｂのロッド先端はピン２３０ａ，２３０ｂを介して、負荷２３１を支えるブーム２３２の両側部に回動可能に連結されている。ブームシリンダ１０２ａ，１０２ｂのボトム側にはそれぞれ上記の配管破断制御弁装置２００ａ，２００ｂが装着されている。このような使用状況において、弁装置２００ａ，２００ｂのメインスプール２１１の開弁作動時、両者の加工上のばらつきによりメータリング特性に差があると、ピン２３０ａ，２３０ｂに作用する駆動力の違いによりピン２３０ａ，２３０ｂに曲げ荷重が生じ、破損の原因となる。このため弁装置２００ａ，２００ｂのメインスプール２１１のメータリング特性を可能な限り同じにする必要がある。
【００１９】
図１０に示した特開平３−２４９４１１号公報に記載の配管破断制御弁装置では、パイロット弁３４０で制御される比例シート弁３２５にオーバーロードリリーフバルブ３２６を組み込むことにより、比例シート弁３２５に上記従来技術のメインスプール２１１の機能の他、ポペット弁体２１４及びオーバーロードリリーフバルブ２１５の機能を持たせている。このため、上記従来技術に比べ部品点数が減り、圧損を低減しつつある程度の小型化が達成される。しかし、この従来技術でも、供給用のチェックバルブ３２４は依然として必須の部品であり、弁装置の小型化及び製造コストの低減のため更なる改善が望まれている。
【００２０】
また、オーバーロードリリーフバルブ３２６を比例シート弁３２５に組み込み、比例シート弁３２５にオーバーロードリリーフ機能を持たせているが、油圧シリンダ１０２から排出される圧油の全油量がタンクポート３２２を通過し、ドレン配管２０５を介してタンク１０９に戻される点は図８及び図９の従来技術と同じであり、ドレン配管２０５のサイズとしてある程度の直径が必要であり、ドレン配管のコンパクトな引き回しが困難であった。
【００２１】
更に、配管破断制御弁装置を図１１に示したようにブームシリンダに用いた場合には、ピン２３０ａ，２３０ｂに曲げ荷重が作用するのを避けるため、左右の弁装置の比例シート弁３２５及びパイロット弁３４０のメータリング特性を一致させる必要がある点も図８及び図９の従来技術と同じであり、特に図１０に示す弁装置では比例シート弁３２５及びパイロット弁３４０の両方の加工上のばらつきを考慮してメータリング特性を一致させる必要があり、その調整が極めて困難である。
【００２２】
本発明の第１の目的は、配管破断制御弁装置として必要な最低限の諸機能を果たしつつ圧力損失を低減しかつ弁装置全体の小型化及び製造コストの低減を可能とする配管破断制御弁装置を提供することである。
【００２３】
本発明の第２の目的は、オーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管を不要とし、弁装置の一層の低コスト化及び弁装置回りの配管の引き回しの簡素化を可能とする配管破断制御弁装置を提供することである。
【００２４】
本発明の第３の目的は、ブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配列する場合であっても、２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できる配管破断制御弁装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧シリンダの給排ポートと油圧配管の間に設けられ、外部信号に応じて前記給排ポートから前記油圧配管に流出する圧油の流量を制御する配管破断制御弁装置において、前記給排ポートに接続されるシリンダ接続室、前記油圧配管に接続される配管接続室、及び背圧室を設けたハウジングに摺動自在に配置され、前記シリンダ接続室と前記配管接続室との間を遮断及び連通可能でありかつ移動量に応じて開口面積を変化させる主弁としてのポペット弁体と、前記背圧室と配管接続室との間を接続するパイロット通路に設けられ、前記外部信号で作動し、移動量に応じて前記パイロット通路を流れるパイロット流量を遮断及び制御するパイロット弁としてのスプール弁体と、前記シリンダ接続室の圧力が設定圧力以上になると、前記背圧室をタンクにつなげる連通手段とを備え、前記ポペット弁体に、このポペット弁体の遮断位置で初期開口面積を有し、ポペット弁体の移動量に応じて開口面積を増大させ、前記シリンダ接続室から前記背圧室へ流出する前記パイロット流量の通過流量を制御する可変絞り通路を設け、前記連通手段が、前記スプール弁体と並列に設けられたリリーフバルブと、このリリーフバルブの下流側に設けられた圧力発生手段と、この圧力発生手段で発生した圧力を前記スプール弁体に前記外部信号と同じ側の駆動力として作用させる手段とを有するものとする。
【００２６】
油圧シリンダのボトム側への圧油供給時は、可変絞り通路が初期開口面積を有することから、配管接続室の圧力が上昇し負荷圧より高くなると、ポペット弁体は開弁し、油圧シリンダのボトム側に圧油が供給可能となる（従来の供給側のチェックバルブ機能）。
【００２７】
油圧シリンダのボトム側から圧油を排出する場合は、スプール弁体が外部信号で作動し、パイロット弁体の移動量に応じたパイロット流量が流れると、パイロット流量に応じてポペット弁体が開弁しかつその移動量が制御され、油圧シリンダのボトム側の圧油の大部分はポペット弁体を通過し、残りが可変絞り通路、背圧室、スプール弁体を通過し、それぞれタンクに排出される（従来のメインスプール機能）。
【００２８】
油圧シリンダのボトム側の負荷圧を保持する場合は、ポペット弁体が遮断位置にあり、このポペット弁体が負荷圧を保持し、リーク量を減少させる（ロードチェック機能）。
【００２９】
以上のように従来の供給側のチェックバルブ機能、メインスプール機能及びロードチェック機能を果たせるとともに、大流量が流れる流路に配置される部品はポペット弁体だけであり、圧力損失を低減しかつ弁装置全体の小型化及び製造コストの低減が図れる。
【００３１】
また、上記のように連通手段を設けることにより、過大な外力が油圧シリンダに作用した場合は、シリンダ接続室の圧力が上昇し、連通手段は背圧室をタンクにつなげるため、背圧室の圧力が下がり、ポペット弁体が開弁し、これにより外力により生じた高圧の圧油をもともとアクチュエータラインにあるメインのオーバーロードリリーフバルブによりタンクヘ排出する。
【００３２】
このようにオーバーロードリリーフバルブの機能が果たせるとともに、連通手段を通過する圧油は小流量となるから、連通手段を小型化できる。しかも、連通手段からタンクに開放される圧油は従来あったドレンラインと同等のドレンラインを介して行えるため、弁装置としてはオーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管は不要となり、弁装置回りの配管の引き回しを簡素化できる。
【００３５】
また、上記のように連通手段をリリーフバルブ等で構成することにより、油圧シリンダに過大な外力が作用し、背圧室の圧力が上昇すると、リリーフバルブが開き、圧力発生手段により発生した圧力がスプール弁体を作動させ、このスプール弁体の作動でパイロット流量が流れ、ポペット弁体を開弁する。これにより上記で述べたようにメインのオーバーロードリリーフバルブによって油圧シリンダの圧油をタンクヘ開放できる。また、リリーフバルブには小流量の圧油が流れるだけでよいので、部品の小型化が図れ、弁装置全体も一層小型化できる。
【００３６】
（２）更に、上記（１）において、好ましくは、前記ポペット弁体は、前記パイロット流量が所定の流量以下では遮断位置を維持する不感帯を有している。
【００３７】
これによりブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配置する場合であっても、ポペット弁体の不感帯でスプール弁体のメータリング特性を調整することにより２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できる。
【００３８】
（３）また、請求項（１）において、好ましくは、前記スプール弁体に前記外部信号に対する移動量を変更可能とする調整手段を設ける。
【００３９】
これによりスプール弁体のメータリング特性の精度を更に向上できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例を図面を用いて説明する。
【００４１】
図１は本発明の参考例による配管破断制御弁装置を油圧回路で示す図であり、図２及び図３はその配管破断制御弁装置の構造を示す断面図である。
【００４２】
図１において、１００は本参考例の配管破断制御弁装置であり、この弁装置１００が備えられる油圧駆動装置は、油圧ポンプ１０１と、この油圧ポンプ１０１から吐出された圧油により駆動される油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）１０２と、油圧ポンプ１０１から油圧シリンダ１０２に供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ１０３と、コントロールバルブ１０３から延びる油圧配管であるアクチュエータライン１０５，１０６に接続され、回路内の最大圧力を制限するメインのオーバーロードリリーフバルブ１０７ａ，１０７ｂと、手動パイロット弁１０８と、タンク１０９とを有している。
【００４３】
配管破断制御弁装置１００は、図１及び図２に示すように、２つの入出力ポート１，２を備えたハウジング３を有し、入出力ポート１は油圧シリンダ１０２のボトムポートに直接取り付けられ、入出力ポート２はアクチュエータライン１０５を介してコントロールバルブ１０３のアクチュエータポートの１つに接続されている。ハウジング３内には、主弁としてのポペット弁体５と、外部信号である手動パイロット弁１０８からのパイロット圧によって作動しポペット弁体５を作動させるパイロット弁としてのスプール弁体６と、オーバーロードリリーフバルブの機能を有する連通手段である小スプール７とが設けられている。
【００４４】
また、ハウジング３には、入出力ポート１に接続されるシリンダ接続室８、アクチュエータライン１０５の油圧配管に接続される配管接続室９、背圧室１０が設けられ、主弁としてのポペット弁体５は背圧室１０の圧力を背面で受け、シリンダ接続室８と配管接続室９との間を遮断及び連通しかつ移動量に応じて開口面積を変化させるようハウジング３内に摺動自在に配置されている。ポペット弁体５には、ポペット弁体５の移動量に応じて開口面積を増大させ、その開口面積に応じてシリンダ接続室８から背圧室１０へ流出するパイロット流量の通過量を制御する可変絞り通路となるスリット１１が設けられている。背圧室１０はプラグ１２により閉じられ（図２参照）、背圧室１０内にはポペット弁体５を図示の遮断位置に保持するバネ１３が配設されている。
【００４５】
また、ハウジング３には背圧室１０と配管接続室９との間を接続するパイロット通路１５ａ，１５ｂが設けられ、パイロット弁としてのスプール弁体６はこのパイロット通路１５ａ，１５ｂ間に設けられている。スプール弁体６はパイロット通路１５ａ，１５ｂを連通可能なパイロット可変絞り６ａを有し、スプール弁体６の閉弁方向作動端部にはパイロット可変絞り６ａの初期開弁力を設定するバネ１６が設けられ、スプール弁体６の開弁方向作動端部には上記外部信号であるパイロット圧が導かれる受圧室１７が設けられ、この受圧室１７に導かれるパイロット圧（外部信号）による制御力とバネ１６の付勢力とによってスプール弁体６の移動量が決定され、この移動量に応じてパイロット通路１５ａ，１５ｂを流れる上記のパイロット流量を遮断及び制御する。バネ１６はバネ受け１８で支えられ、このバネ受け１８にはバネ１６の初期設定力（パイロット可変絞り６ａの初期開弁力）を調整可能とするネジ部１９が設けられている。バネ１６が配置されるバネ室２０はスプール弁体６の動きをスムーズにするためドレンライン２１を介してタンクに接続されている。
【００４６】
オーバーロードリリーフバルブの機能を有する連通手段である小スプール７は、図３に示すように、パイロット通路１５ｃとドレン通路１５ｄ間の連通を開閉する構成であり、パイロット通路１５ｃは上記パイロット通路１５ａにつながり、ドレン通路１５ｄは上記ドレンライン２１につながっている。小スプール７の閉弁方向作動端部にはリリーフ圧を設定するバネ３０が設けられ、小スプール７の開弁方向作動端部にはパイロット通路１５ｅを介してパイロット通路１５ｃの圧力が導かれる受圧室３１が形成され、パイロット通路１５ｃの圧力がバネ３０で設定される圧力以上になるとパイロット通路１５ｃをタンクにつなげる。
【００４７】
ここで、ポペット弁体５の移動量（ストローク）に対するポペット弁体５の開口面積及びスリット１１の開口面積の関係、及び外部信号（パイロット圧）に対するスプール弁体６の通過流量（パイロット流量）及びポペット弁体５の通過流量（メインの流量）との関係を説明する。
【００４８】
図４はポペット弁体５の移動量（ストローク）に対するポペット弁体５の開口面積及びスリット１１の開口面積の関係を示す図である。ポペット弁体５が遮断位置にあるとき、スリット１１は所定の初期開口面積Ａ0を有しており、ポペット弁体５が遮断位置から開き始め、移動量が増大するにしたがってポペット弁体５及びスリット１１の開口面積は比例的に増大する。スリット１１が初期開口面積Ａ0を有することにより、ポペット弁体５が従来の供給用のチェックバルブの機能を果たし、更に小スプール７と協働して従来のオーバーロードリリーフバルブの機能を果たすことが可能となる（後述）。
【００４９】
図５は外部信号（パイロット圧）に対するスプール弁体６の通過流量（パイロット流量）及びポペット弁体５の通過流量（メインの流量）との関係を示す図である。パイロット圧が０からＰ1までの範囲はスプール弁体６の不感帯であり、この間はパイロット圧が上昇してもスプール弁体６はバネ１６の初期設定力で停止しているか、移動したとしても開弁するまでのオーバラップ領域でパイロット可変絞り６ａは遮断状態にある。パイロット圧がＰ1に達するとスプール弁体６のパイロット可変絞り６ａは開き始め、パイロット圧がＰ1を越えて上昇するにしたがってパイロット可変絞り６ａの開口面積が増大し、これに応じてスプール弁体６の通過流量、即ちパイロット流量も増大する。パイロット圧がＰ2（＞Ｐ1）までの範囲はポペット弁体５の不感帯Ｘであり、この間はパイロット流量が生じてもスリット１１により背圧室１０の圧力低下が不十分であり、ポペット弁体５はバネ１３の初期設定力により遮断位置に保たれている。パイロット圧がＰ2に達するとポペット弁体５は開き始め、パイロット圧がＰ2を越えて上昇するにしたがってポペット弁体５の開口面積が増大し、これに応じてポペット弁体５の通過流量、即ちメインの流量も増大する。パイロット圧Ｐ2の値はパイロット圧Ｐ1の値で調整でき、パイロット圧Ｐ1の値はスプール弁体６のネジ部１９を操作しバネ１６の強さ（初期設定力）を調節することで調整できる。
【００５０】
このようにポペット弁体５に不感帯Ｘを設けることにより、パイロット圧Ｐ2以下の微少域での流量制御はスプール弁体６のみで行われることとなり、当該領域での開口特性を精度良く調整できる。また、スプール弁体６のバネ１６を調節可能としパイロット圧Ｐ2の位置を調整可能とすることにより、更に精度を向上させることができる。
【００５１】
次に、以上のように構成した配管破断制御弁装置１００の動作を説明する。
【００５２】
１）油圧シリンダ１０２のボトム側への圧油供給時手動パイロット弁１０８の操作レバーを図示Ａ方向に操作し、コントロールバルブ１０３を図示右側の位置に切り換えると、油圧ポンプ１０１の圧油がコントロールバルブ１０３を介して弁装置１００の配管接続室９に供給され、この配管接続室９の圧力が上昇する。このとき、弁装置１００のシリンダ接続室８の圧力は油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧になっており、スリット１１が上記のように初期開口面積Ａ0を有することから、背圧室１０の圧力も当該負荷圧になっており、このため配管接続室９の圧力が負荷圧より低い間はポペット弁体５は遮断位置に保たれるが、配管接続室９の圧力が負荷圧より高くなると、直ちにポペット弁体５は図示上方へ移動し、シリンダ接続室８に圧油が流入可能となり、油圧ポンプ１０１の圧油は油圧シリンダ１０２のボトム側に供給される。なお、ポペット弁体５が上方へ移動する間、背圧室１０の圧油はスリット１１を通ってシリンダ接続室８に移動し、ポペット弁体５の開弁はスムーズに行われる。油圧シリンダ１０２のロッド側からの圧油はコントロールバルブ１０３を介してタンク１０９に排出される。
【００５３】
２）油圧シリンダ１０２のボトム側から圧油をコントロールバルブ１０３ヘ排出する場合手動パイロット弁１０８の操作レバーを図示Ｂ方向に操作し、コントロールバルブ１０３を図示左側の位置に切り換えると、油圧ポンプ１０１の圧油がコントロールバルブ１０３を介して油圧シリンダ１０２のロッド側に供給される。これと同時に、手動パイロット弁１０８からのパイロット圧がスプール弁体６の受圧室１７に導かれ、パイロット圧によりスプール弁体６が移動し、スプール弁体６のパイロット可変絞り６ａがその移動量に見合った開口面積となる。このため、上記のようにパイロット通路１５ａ，１５ｂに当該パイロット圧に応じたパイロット流量が流れ、このパイロット流量に応じてポペット弁体５が開弁しかつその移動量が制御される。このため、油圧シリンダ１０２のボトム側の圧油の大部分は弁装置１００のシリンダ接続室８からポペット弁体５を通過し、残りがスリット１１、背圧室１０、パイロット通路１５ａ、スプール弁体６、パイロット通路１５ｂを通過し、それぞれポペット弁体５とスプール弁体６で流量制御されながらコントロールバルブ１０３へと排出され、更にタンク１０９に排出される。このようにアクチュエータ１０３からコントロールバルブ１０３へと排出される圧油の流量を制御できる。
【００５４】
３）油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧の保持
コントロールバルブ１０３の中立位置で吊り荷を保持する場合のように、油圧シリンダ１０２のボトム側の負荷圧が高圧となる状態では、遮断位置にあるポペット弁体５が従来のロードチェック弁と同様に負荷圧を保持し、リーク量を減少させる機能（ロードチェック機能）を果たす。
【００５５】
４）過大な外力が油圧シリンダ１０２に作用した場合油圧シリンダ１０２に過大な外力が作用し、シリンダ接続室８が高圧になると、スリット１１、背圧室１０、パイロット通路１５ａ，１５ｅを介して小スプール７の受圧室２０ｂに導かれる圧油により小スプール７が移動し、背圧室１０の圧油をタンク１０９へ開放するため、背圧室１０の圧力が下がり、ポペット弁体５は図示上方に移動する。これにより入出力ポート１と入出力ポート２は同圧となるため、外力により生じた高圧の圧油をアクチュエータライン１０５に接続されたオーバーロードリリーフバルブ１０７ａによりタンク１０９ヘと排出し、機器の破損を防止する。このとき、小スプール７を通過する圧油は小流量であるので、従来のオーバーロードリリーフバルブと同等の機能を小型の小スプール７で実現することができる。
【００５６】
５）ブームシリンダに用いる場合のように弁装置１００を並列に配置する場合本発明の弁装置１００では、スプール弁体６とポペット弁体５の２つの弁体が作動するため、弁装置１００毎に部品の加工上のばらつきによるメータリング特性の誤差が発生し易い。特に、２つの弁装置１００が並列に用いられるブームシリンダの使用例では、図１１を用いて説明したように加工精度を大幅に改善しないと、左右の弁装置１００のメータリング特性の不一致から生ずる推力の違いによりピン２３０ａ，２３０ｂに曲げ荷重が生じ、破損の原因となる。そこで、本参考例では、図５を用いて説明したように、ポペット弁体５に不感帯Ｘを設けている。このため、パイロット圧Ｐ2以下の微少操作領域ではポペット弁体５は移動せず、その間の流量制御はスプール弁体６のみで行われることとなり、左右の弁装置１００におけるスプール弁体６及びポペット弁体５の加工上の精度のばらつきによるメータリング特性の違いに起因する流量差を最小限に止めることができる。また、スプール弁体６のメータリング特性はスプール弁体６に設けられたばね１６を調節することにより調整可能であり、スプール弁体６のみの流量制御によるメータリング特性の精度を更に向上させることができる。
【００５７】
以上のように本参考例によれば、油圧シリンダ１０２に給排される圧油の全油量が通過する流路にポペット弁体５を設けるだけで、従来の配管破断制御弁装置の供給用のチェックバルブ、ロードチェックバルブ、オーバーロードリリーフバルブの機能を果たせるので、圧力損失の少ない弁装置が構成でき、エネルギ損失の少ない効率の良い運転が可能となる。また、弁装置１００は従来の配管破断制御弁装置に比較して小型化されるため、作業上での破損の機会が減少し、設計上の自由度も増す。更に、部品点数が少ないため故障の頻度が低減し、信頼性を向上できるとともに、低コストで製造できる。
【００５８】
また、過大な外力により生じた高圧の圧油をポペット弁体５を開弁してメインのオーバーロードリリーフバルブ１０７ａによってタンクヘと開放できるため、小スプール７を通過する圧油は小流量となるから、従来のオーバーロードリリーフバルブと同等の機能を小型の小スプール７で実現することができる。しかも、小スプール７からタンクに開放される圧油は従来あったドレンラインと同等のドレンライン２１を介してなされるため、弁装置１００のオーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管は不要となり、弁装置１００回りの配管の引き回しを簡素化できる。
【００５９】
更に、ブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配置する場合であっても、ポペット弁体５の不感帯Ｘでスプール弁体６のみを動作させるので、２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できるとともに、スプール弁体６に設けられたばね１６の調節でメータリング特性の精度を更に向上させることができる。
【００６０】
本発明の実施形態を図６及び図７を用いて説明する。図中、図１〜図３に示す部材と同等のものには同じ符号を付している。
【００６１】
図６及び図７において、本実施形態の配管破断制御弁装置１００Ａは、図１に示す小スプール７に代え小リリーフバルブ７Ａを有し、小リリーフバルブ７Ａのドレン通路１５ｄに圧力発生手段である絞り３４が設けられている。また、スプール弁体６Ａは、パイロット圧（外部信号）が導かれる受圧室１７に加え、スプール弁体６Ａの受圧室１７と同じ側にこれと直列にもう１つの受圧室３５を有し、この受圧室３５に絞り３４の上流側を信号通路３６を介して接続し、絞り３４で発生した圧力をスプール弁体６Ａに外部信号であるパイロット圧と同じ側の駆動力として作用させる構成となっている。
【００６２】
油圧シリンダ１０２に過大な外力が作用し、背圧室１０の圧力が上昇すると、小リリーフバルブ７Ａが開き、絞り３４のあるパイロット通路１５ｄに圧油が流れ込む。この結果、信号通路３６の圧力が上昇し、スプール弁体６Ａを移動してパイロット可変絞り６ａを開き、パイロット通路１５ａ，１５ｂにパイロット流量が流れる。これによりポペット弁体５も開弁し、参考例と同様にメインのオーバーロードリリーフバルブ１０７ａによって油圧シリンダ１０２の圧油をタンクヘ開放できる。
【００６３】
このように構成した本実施形態では、小リリーフバルブ７Ａには図１の参考例の小スプール７よりも更に小流量の圧油が流れるだけでそれと同一の機能が実現可能となり、部品の小型化が図れ、弁装置全体も一層小型化できる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧シリンダに給排される圧油の全油量が通過する流路にポペット弁体を設けるだけで、配管破断制御弁装置の必要な諸機能を果たせるので、圧力損失の少ない弁装置が構成でき、エネルギ損失の少ない効率の良い運転が可能となる。また、従来の配管破断制御弁装置に比較して小型化されるため、作業上での破損の機会が減少し、設計上の自由度も増し、更に部品点数が少ないため故障の頻度が低減し、信頼性を向上できるとともに、低コストで製造できる。
【００６５】
また、本発明によれば、過大な外力により生じた高圧の圧油をポペット弁体を開弁してメインのオーバーロードリリーフバルブによってタンクヘと開放できるため、弁装置にはオーバーロードリリーフバルブ専用のドレン配管は不要となり、弁装置回りの配管の引き回しを簡素化できる。
【００６６】
また、本発明によれば、配管破断制御弁装置のリリーフバルブには小流量の圧油が流れるだけでポペット弁を開弁させ上記オーバーロードリリーフバルブによる高圧の開放が可能となるため、部品の小型化が図れ、弁装置全体を一層小型化できる。
【００６７】
更に、本発明によれば、ブームシリンダに用いる場合のように２つの配管破断制御弁装置を並列に配置する場合であっても、ポペット弁体の不感帯でスプール弁体のみを動作させ２つの弁装置のメータリング特性を精度良く調整できる。
【００６８】
また、本発明によれば、スプール弁体に設けられたばねの調節でメータリング特性の精度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例による配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図２】図１に示す配管破断制御弁装置のポペット弁体とスプール弁体部分の構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す配管破断制御弁装置の小スプール部分の構造を示す断面図である。
【図４】ポペット弁体の移動量（ストローク）に対するポペット弁体の開口面積及びスリットの開口面積の関係を示す図である。
【図５】外部信号（パイロット圧）に対するスプール弁体の通過流量（パイロット流量）及びポペット弁体の通過流量（メインの流量）との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図７】図６に示す配管破断制御弁装置の小リリーフバルブ部分の構造を示す断面図である。
【図８】従来の配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図９】図８に示す従来の配管破断制御弁装置の主要部の構造を示す断面図である。
【図１０】従来の他の配管破断制御弁装置をこれが配置される油圧駆動装置とともに油圧回路で示す図である。
【図１１】配管破断制御弁装置をブームシリンダに用いた場合の構成を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
１，２ 入出力ポート
３ ハウジング
５ ポペット弁体
６ スプール弁体
６Ａ スプール弁体
７ 小スプール
７Ａ 小リリーフバルブ
８ シリンダ接続室
９ 配管接続室
１０ 背圧室
１１ スリット
１２ プラグ
１３ バネ
１５ａ〜１５ｃ パイロット通路
１５ｄ ドレン通路
１５ｅ パイロット通路
１６ バネ
１７ 受圧室
１９ネジ部
２１ ドレンライン
３０ バネ
３１ 受圧室
３４ 絞り
３５ 受圧室
３６ 信号通路
１００ 配管破断制御弁装置
１０１ 油圧ポンプ
１０２ 油圧シリンダ
１０３ コントロールバルブ
１０５ アクチュエータライン（油圧配管）
１０６ アクチュエータライン
１０７ａ，１０７ｂ オーバーロードリリーフバルブ
１０８ 手動パイロット弁
１０９ タンク
Claims (3)
- 油圧シリンダの給排ポートと油圧配管の間に設けられ、外部信号に応じて前記給排ポートから前記油圧配管に流出する圧油の流量を制御する配管破断制御弁装置において、
前記給排ポートに接続されるシリンダ接続室、前記油圧配管に接続される配管接続室、及び背圧室を設けたハウジングに摺動自在に配置され、前記シリンダ接続室と前記配管接続室との間を遮断及び連通可能でありかつ移動量に応じて開口面積を変化させる主弁としてのポペット弁体と、
前記背圧室と配管接続室との間を接続するパイロット通路に設けられ、前記外部信号で作動し、移動量に応じて前記パイロット通路を流れるパイロット流量を遮断及び制御するパイロット弁としてのスプール弁体と、
前記シリンダ接続室の圧力が設定圧力以上になると、前記背圧室をタンクにつなげる連通手段とを備え、
前記ポペット弁体に、このポペット弁体の遮断位置で初期開口面積を有し、ポペット弁体の移動量に応じて開口面積を増大させ、前記シリンダ接続室から前記背圧室へ流出する前記パイロット流量の通過流量を制御する可変絞り通路を設け、
前記連通手段が、前記スプール弁体と並列に設けられたリリーフバルブと、このリリーフバルブの下流側に設けられた圧力発生手段と、この圧力発生手段で発生した圧力を前記スプール弁体に前記外部信号と同じ側の駆動力として作用させる手段とを有することを特徴とする配管破断制御弁装置。 - 請求項１記載の配管破断制御弁装置において、前記ポペット弁体は、前記パイロット流量が所定の流量以下では遮断位置を維持する不感帯を有することを特徴とする配管破断制御弁装置。
- 請求項１記載の配管破断制御弁装置において、前記スプール弁体に前記外部信号に対する移動量を変更可能とする調整手段を設けたことを特徴とする配管破断制御弁装置。
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